11月24日，《自然-天文學(xué)》在線發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于嫦娥六號(hào)月壤的最新研究成果。來自中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的科研人員，從顆粒力學(xué)的角度解析了嫦娥六號(hào)月壤更黏的科學(xué)機(jī)制，成功揭開了嫦娥六號(hào)月壤的“黏性”之謎。
2024年6月27日，嫦娥六號(hào)任務(wù)總設(shè)計(jì)師胡浩在國新辦嫦娥六號(hào)任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)上提到，在月球背面采樣過程中，他們發(fā)現(xiàn)嫦娥六號(hào)著陸區(qū)月壤“似乎稍微黏稠一點(diǎn)，還有點(diǎn)結(jié)塊”，顯示出與月球正面的嫦娥五號(hào)月壤不同的物理特性。
“這一現(xiàn)象立刻引起了我們團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。我們通過固定漏斗實(shí)驗(yàn)和滾筒實(shí)驗(yàn)，精確測(cè)量了嫦娥六號(hào)月壤的休止角——這一衡量顆粒材料流動(dòng)性好壞的指標(biāo)。”論文第一作者兼共同通訊作者、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員祁生文說，“實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，嫦娥六號(hào)月壤的休止角顯著大于月球正面樣品，其流動(dòng)性更接近地球上的黏土，證實(shí)了此前嫦娥六號(hào)月背土壤更黏稠的直觀感受。”
“關(guān)鍵原因在于月壤顆粒本身的性質(zhì)。我們排除了磁力或膠結(jié)物的影響，確認(rèn)嫦娥六號(hào)月壤休止角更高是三種微小的‘顆粒間作用力’協(xié)同作用的結(jié)果。它們是摩擦力、范德華力和靜電力。所謂范德華力，是一種讓物體分子在極其靠近時(shí)相互吸引的、微弱卻無處不在的吸引力。”祁生文說，當(dāng)月壤顆粒細(xì)到一定程度時(shí)，范德華力和靜電力的作用就會(huì)顯著增強(qiáng)，從而使本來不黏的礦物顆粒表現(xiàn)出黏性特征。
通過對(duì)嫦娥六號(hào)月壤樣品進(jìn)行高精度CT掃描，并與月球正面的月壤對(duì)比，科研人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)特現(xiàn)象：嫦娥六號(hào)月壤的顆粒是最細(xì)的，但形狀卻反而更不規(guī)則、更不圓潤。
“這一現(xiàn)象頗為反常。”祁生文解釋，“通常顆粒越細(xì)，形狀會(huì)越接近球形。而嫦娥六號(hào)的月壤又細(xì)又糙。”正是這種“又細(xì)又糙”的顆粒特性，提升了摩擦力、范德華力與靜電力的貢獻(xiàn)，產(chǎn)生更高的休止角，造就了其更高黏性特征。
“我們經(jīng)過一年多的深入研究，首次從顆粒力學(xué)角度，系統(tǒng)闡釋了月壤的獨(dú)特黏聚行為，揭開了嫦娥六號(hào)月壤的‘黏性’之謎。”祁生文說，“我們認(rèn)為，這可能與樣品中含有大量容易破碎的長石礦物，以及月球背面經(jīng)歷了更強(qiáng)的太空風(fēng)化作用有關(guān)。”
“這項(xiàng)研究為未來月球探測(cè)任務(wù)提供了重要科學(xué)依據(jù)。”祁生文說，比如，月壤的流動(dòng)性影響著陸器著陸時(shí)的穩(wěn)定性和可能引發(fā)的月塵飛揚(yáng)情況。更黏的月壤意味著不同的力學(xué)響應(yīng)，這關(guān)乎著陸的安全性。
隨著我國深空探測(cè)步伐的不斷加快，這一研究成果將為月球基地建設(shè)、月面資源開發(fā)利用等提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，助力我國在月球科學(xué)研究和資源利用領(lǐng)域取得新的突破。
責(zé)任編輯：陸迪
